《毕业设计（论文）某中型钢铁厂企业供电设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《毕业设计（论文）某中型钢铁厂企业供电设计.doc（57页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、毕业设计（论文）某中型钢铁厂企业供电设计学生姓名： 学生学号： 200410521033 院（系）： 电气信息工程学院 年级专业：04气工程与自动化 指导教师： 二七年五月摘 要工厂供电系统设计的优劣是企业得以运行的根本。一套可靠、经济的供电系统将有助于企业生产高效，经济的进行。首先，通过负荷计算便可以确定各个车间以及总厂的变压器的容量、台数，从经济性和可靠性出发确定主接线方式。其次，通过短路计算，参考工厂所在地的气象条件和其它有关资料，便可以确定变电所的位置、导线型号及各种电气设备。最后确定相关的保护方案，如：电缆、变压器的继电保护、防雷保护等。只有仔细研究工厂的实际数据，严格按照国家规定，
2、并通过以上的设计步骤才可以设计出一个经济可靠的供电系统，从而到达提高生产效益的目的。关键词 供电系统，负荷计算，主接线，短路计算ABSTRACTThe factory power supply system design fit and unfit quality are the bases which the enterprise can move. A set of unreliability, the economical power supply system will be helpful in the enterprise produces highly effective, ec
3、onomical carrying on. First, through the load computation then may determine each workshop as well as the main plant transformer capacity, the Taiwan number, embark from the efficiency and the reliability determines the main wiring way. Next, through short-circuits the computation, refers to the fac
4、tory locus the meteorological condition and other pertinent datas, then may determine the transformer substation the position, the wire model and each kind of electrical equipment. Finally determines the related protection plan, for example: Electric cable, transformer relay protection, anti-radar p
5、rotection and so on. Only then carefully studies the factory the actual data, strictly stipulated according to the country, and only then may design an economy reliable power supply system through the above design procedure, thus arrives the enhancement production benefit the goal。 Key words power s
6、upply system, load computation, main wiring, short-circuits computation目 录摘 要ABSTRACT1绪论1 1.1工厂供电的意义11.2工厂供电的基本要求 12 负荷计算及功率补偿 2 2.1 负荷计算的有关概念 2 2.2 负荷计算的方法 2 2.3 负荷计算结果 4 2.4 功率因数和无功功率补偿 52.4.1 功率因数和无功功率补偿原则52.4.2 车间无功补偿62.4.3 总厂无功补偿82.5 总厂年电能需要量93 总变电所位置及变压器容量和台数的选择10 3.1 总变电所的位置10 3.1.1 变电所位置选择的原
7、则10 3.1.2 负荷中心的确定10 3.2 变压器容量和台数的确定11 3.2.1总降压变电所主变压器台数和容量确定的原则11 3.2.2 车间变电所变压器台数和容量确定的原则 12 3.2.3 变压器台数和容量确定的结果 134 主接线的选择144.1 变电所的主接线的要求144.2 变电所主接线的选择原则144.3 总降压变电所主接线的选择原则154.4 总厂主接线165 短路计算185.1短路概述185.2 无限大容量供电系统三相短路电流的计算195.2.1 标幺制195.2.2 短路回路元件的标幺值阻抗 205.2.3三相短路电流计算226 电气设备的选择266.1 电气设备选择的
8、一般原则26 6.2 高压开关电器的选择26 6.3 高压开关柜的选择27 6.4 设计中设备的选择与效验286.4.1 主变压器一次侧电气设备的选择286.4.2主变压器二次侧电气设备的选择296.4.3 母线、支柱绝缘子317 电力线路33 7.1 导线和电缆选择的一般原则33 7.1.1 导线和电缆型号及选择33 7.1.2 导线和电缆截面的选择35 7.2 按允许载流量选择导线和电缆截面367.2.1 三相系统相线截面的选择367.2.2 中性线和保护线截面的选择37 7.3 按经济电流密度选择导线和电缆截面37 7.4 导线的确定388 总变压器的保护及整定39 8.1 变压器的过电
9、流、过负荷保护39 8.2 变压器的瓦斯保护40 8.3 差动保护的工作原理41 8.4 变压器的差动保护方式41 8.5 变压器差动保护的整定42 8.6 总降压变电所的差动保护整定计算44附 录47附图A47附图 B48附图 C49参考文献50致 谢511 绪论1.1 工厂供电的意义 工厂供电，就是指工厂所需电能的供应和分配，亦称工厂配电。工厂供电系统是电力系统的主要组成部分,它是电能的主要用户,根据几个工业国家的统计,工厂用电约占全国发电量的50%甚至70%以上。电能是现代工业生产的主要能源和动力。电能既易于由其它形式的能量转换而来，又易于转换为其它形式的能量以供应用；电能的输送的分配既
10、简单经济，又便于控制、调节和测量，有利于实现生产过程自动化。因此，电能在现代工业生产及整个国民经济生活中应用极为广泛。 在工厂里，电能虽然是工业生产的主要能源和动力，但是它在产品成本中所占的比重一般很小（除电化工业外）。电能在工业生产中的重要性，并不在于它在产品成本中或投资总额中所占的比重多少，而在于工业生产实现电气化以后可以大大增加产量，提高产品质量，提高劳动生产率，降低生产成本，减轻工人的劳动强度，改善工人的劳动条件，有利于实现生产过程自动化。从另一方面来说，如果工厂的电能供应突然中断，则对工业生产可能造成严重的后果。 因此，做好工厂供电工作对于发展工业生产，实现工业现代化，具有十分重要的
11、意义。由于能源节约是工厂供电工作的一个重要方面，而能源节约对于国家经济建设具有十分重要的战略意义，因此做好工厂供电工作，对于节约能源、支援国家经济建设，也具有重大的作用。1.2 工厂供电的基本要求工厂供电工作要很好地为工业生产服务，切实保证工厂生产和生活用电的需要，并做好节能工作，就必须达到以下基本要求： 安全 在电能的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故。 可靠 应满足电能用户对供电可靠性的要求。 优质 应满足电能用户对电压和频率等质量的要求 经济 供电系统的投资要少，运行费用要低，并尽可能地节约电能和减少有色金属的消耗量。 此外，在供电工作中，应合理地处理局部和全局、当前和长远等
12、关系，既要照顾局部的当前的利益，又要有全局观点，能顾全大局，适应发展。 2 负荷计算及功率补偿2.1 负荷计算的有关概念 计算负荷又称需要负荷或最大负荷。计算负荷是一个假想的持续性的负荷，其热效应与同一时间内实际变动负荷所产生的最大热效应相等。在配电设计中，通常采用30分钟的最大平均负荷作为按发热条件选择电器或导体的依据。 尖峰电流指单台或多台用电设备持续1秒左右的最大负荷电流。一般取起动电流上午周期分量作为计算电压损失、电压波动和电压下降以及选择电器和保护元件等的依据。在校验瞬动元件时，还应考虑起动电流的非周期分量。 平均负荷为一段时间内用电设备所消耗的电能与该段时间之比。常选用最大负荷班（
13、即有代表性的一昼夜内电能消耗量最多的一个班）的平均负荷，有时也计算年平均负荷。平均负荷用来计算最大负荷和电能消耗量。2.2 负荷计算的方法负荷计算的方法有需要系数法、利用系数法及二项式等几种。本设计采用需要系数法确定。单组用电设备的计算负荷： 式 (2.1)式中为需要系数；为设备容量；为设备功率因数的正切值为相电压。多组用电设备组的计算负荷：式 (2.2)式中，n为用电设备组的组数，分别为有功功率和无功功率同时系数，为各用电设备组的计算负荷。需要系数值与用电的类型和工作状态有关，计算时一定要正确判断，否则会造成错误。用需要系数法来计算负荷，其特点是简单方便，计算结果较符合实际，而且长期使用已积
14、累了各种设备的需要系数，因此是世界各国均普遍采用的基本方法。所以，需要系数法广泛应用于求用户、全厂和大型车间变电所的计算负荷。车间变电所的负荷计算： 式（2.3）式中，为有功负荷的同时系数（0.850.95）；为无功负荷的同时系数（0.90.97）；为各组用电设备的有功计算负荷之和；为各组用电设备的无功计算负荷之和。车间变电所低压母线的计算负荷的确定：计算目的：以选择车间变电所的变压器容量。考虑每根干线的最大负荷不一定同时出现，所以还要引入一个同时系数，计算公式如式（2.4）一样，即 式（2.4）此时，取0.90.95；取0.930.97；为各个干线上的有功计算负荷之和；为各个干线上的无功计算
15、之和。车间变电所高压母线的计算负荷的确定计算目的：以次选择高压配电线路及其上的电气设备。因为用户内部高压线路不长，功率损耗不大，在负荷计算时往往不考虑，但要考虑变压器的损耗。由此计算负荷为式（2.4）中的计算结果加上变压器的损耗即可，即 式（2.5）但因为变压器还未选出，所以变压器损耗按如下方法估算： 式（2.6）式中，为变压器低压侧的视在计算负荷。总变电所二次侧的计算负荷的确定总变电所二次侧的计算负荷根据其二次侧各出线的负荷计算。若总变电所到车间的距离较长，应考虑线路的功率损耗。把总变电所二次侧各出线的计算负荷相加并乘以同时系数（有功，无功的同时系数可取（0.80.97），即可得企业总变电所
16、二次侧的计算负荷，即 式（2.7）总降压变电所高压侧的计算负荷的确定把总降压变电所低侧的计算负荷加上总变压器的损耗即可。变压器损耗的计算公式见式（2.6）和（2.7），此时得式（2.8）： 式（2.8）2.3 负荷计算结果表2.1 采矿车间380V线路上的负荷计算表序号设备容量(kW)需要系数(Kx)功率因数()有功负荷(kW)无功负荷(kvar)视在负荷(kVA)计算电流(A)11139.80.590.75672.5593.07896.641 362.31211.500.890.7010.210.3814.5422.09393.500.800.7374.368.57101.13153.664
17、147.600.550.6681.592.74123.45187.565650.800.630.71408.7403.07574.02872.136970.000.610.71589.8584.94830.651 262.047260.200.540.72140.5134.26194.34295.27总计，1 878.71 836.722 627.393 807.81表2.2 采矿车间6kV线路上的负荷计算序号设备容量(kW)需要系数(Kx)功率因数()有功负荷(kW)无功负荷(kvar)视在负荷(kVA)计算电流(A)18000.900.85720.00446.22847.0681.5255
18、00.800.85440.00272.69517.6549.835000.70-0.8350.00-262.5473.545.645700.970.85552.90342.66650.4762.658500.850.85722.5447.95850.181.8总计，2 693.6312102 952.92284.2表2.3 机修车间的负荷计算序号设备容量(kW)需要系数(Kx)功率因数()有功负荷(kW)无功负荷(kvar)视在负荷(kVA)计算电流(A)1360.750.8027.020.2533.7551.2822200.150.5033.057.1666.00100.283280.150
19、.504.27.278.4012.764600.650.7539.034.3952.0079.015240.200.604.86.408.0012.156140.200.602.83.734.677.097320.250.608.010.6713.3320.268200.250.605.06.678.3312.66总计，117.6141.93184.33280.39表2.4 总厂的负荷计算车间设备容量(kW)需要系数(Kx)功率因数()有功负荷(kW)无功负荷(kvar)视在负荷(kVA)计算电流(A)高炉车间1 2000.400.68480517.6705.943.0炼钢车间1 1700.7
20、50.72877845.81 218.874.1轧钢车间6 2000.400.552 4803 765.84 509.1343.48 7500.400.803 5002 6254 375.板材车间6 0500.400.562 4203 580.34 321.4320.07 7500.400.803 1002 3253 875.带材车间3 6000.400.561 4402 130.42 571.4161.32 5000.400.801 0007501 250.水泵站8400.650.80546409.5682.541.3氧气站3600.750.80270202.5337.520.4机电修车间1
21、241.000.63118141.9184.311.2料场1250.600.807556.393.826.2仓库400.680.852716.9321.8福利区用电700.700.804936.861.33.5厂照明320.800.8525.615.930.11.7居民区用电1000.700.7570.61.793.326总计 ，13 9056 71415 441.5849.12.4 功率因数和无功功率补偿2.4.1 功率因数和无功功率补偿原则功率因数对供配电系统的影响 所有具有电感特性的用电设备都需要从配电系统中吸收无功功率，从而降低功率因数。功率因数太低将会给供电配电系统带来电能损耗增加、
22、电压损失增大和供电设备利用率的降低等不良影响。正是由于功率因数在供配电系统中影响很大，所以要求电力用户功率因数达到一定的值，低于某一值时就必须进行补偿。国家标准GB/T34851998评价企业合理用电技术导则中规定：“在企业最大负荷时的功率因数应不低于0.9，凡是功率因数未达到上述规定的，应在负荷侧合理装置集中就地无功补偿设备”。为鼓励提高功率因数，供电部门规定，凡是功率因数低于规定值时，将予以罚款，相反，功率因数高于规定值时，将得到奖励，即采用“高奖低罚”的原则。提高功率因数的方法功率因数不满足要求时，首先应提高自然功率因数，然后再进行人工补偿。1）提高自然功率因数功率因数不满足要求时，首先
23、应提高自然功率因数。自然功率因数是指未装设任何补偿装置的实际功率因数。提高自然功率因数，就是不添置任何补偿设备，采用科学措施减少用电设备的无功功率的需要，使供配电系统总功率因数提高。提高自然功率因数的方法有：a.合理选择电动机的规格、型号 b.防止电动机空载运行 c.保证电动机的检修质量 d.合理选择变压器的容量 e.交流接触器的节电运行 2）人工补偿功率因数 用户的功率因数仅靠提高自然功率因数一般是不能满足要求的，因此，还必须进行人工补偿。 a.并联电容器人工补偿 b.同步电动机补偿 c.动态无功补偿目前已经投入到工业的静止动态无功补偿装置有：可控饱和电抗器式静补装置；自饱和电抗器式静补装置
24、；晶闸管控制电抗器式静补装置；晶闸管开关电容器式静补装置；强迫交流逆变式静补装置；高阻抗变压器式静补装置等。2.4.2 车间的无功补偿采矿车间380V线路上的无功补偿：由于计算负荷过大，所以就地进行补偿。补偿前： 低压侧的功率因数：0.0152 627.39=26.3 kW0.062 627.39=105.2 kvar1 878.74+26.3=1 905.04 kW1 836.72+105.2=1 941.92 kvar2 720.3高压侧的功率因数为： 0.7确定补偿容量：先要求在高压侧的功率因数不低于0.95，而补偿在低压侧进行，所以我们考虑到变压器损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.
25、97来进行补偿计算。取则 1 333.91kvar 选用BW0.4141型电容器，则需要：1 333.91/14=96个考虑三相均衡分配，应装设96个，每相32个。此时并联电容器的实际补偿容量为：9614=1 344kvar补偿后的计算负荷和功率因数：变电所低压侧视在计算负荷为：=1 940.76kVA此时变压器的功率损耗为：0.0151 940.76=29.1 kW0.061 940.76=116.4kvar变电所高压侧的计算负荷为：1 878.74+29.1=1 907.84 kW486.72+116.4=603.12kvar2 000.93kVA变电所高压侧总的功率因数为：1 907.8
26、4/2 000.93=0.955符合要求。采矿车间干线上的无功补偿： 补偿前低压侧功率因数： 4 601.48/4 945.83=0.930.0154 945.83=74.2 kW0.064 945.83=296.8 kvar4 945.83+74.2=5 020.03 kW1 813.17+296.8=2 109.97 kvar5 445.4高压侧的功率因数为： 0.92先要求在高压侧的功率因数不低于0.95，而补偿在低压侧进行，所以我们考虑到变压器损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.97来进行补偿计算。取4 601.48=662.6kvar选用BW6.3251W型号的电容器，则需要：个则
27、实际的补偿容量为： 2725=675 kvar补偿后：4 740.87kVA4 740.87=71.11kW4 740.87=284.44kvar高压侧的计算容量为：4 672.59kW1 425.62 kvar4 885.23 kVA4 672.59/4 885.23=0.956满足要求。2.4.3 总厂的无功补偿低压侧的计算负荷： 13 905.45kW 6 714.02kvar15 441.5 kVA0.01515 441.5= 231.6kW0.0615 441.5=926.4 kvar13 905.45+231.6=14 137.05 kW6 714.02+926.4=7 640.4
28、2kvar16 069.6 kVA高压侧的功率因数为： 0.88先要求在高压侧的功率因数不低于0.95，而补偿在低压侧进行，所以我们考虑到变压器损耗，可设低压侧补偿后的功率因数为0.97来进行补偿计算。取3 198.25kvar选用BWF10.51001W型号的电容器，则需要：3 198.25/100=32个考虑三相均衡分配，应装设33个，每相11个。此时并联电容器的实际补偿容量为：33100=3 300kvar补偿后：14 340kVAkWkvar14 120.56kW4 364.42kvar14 779.66kVA满足要求。2.5 全厂年电能需要量 因为： Pc=18 506.9kW Qc
29、=4 645.2kvar取=0.75，=0.8则： =0.7518 506.96 500=90 221 332.5kwh =0.84 645.26 500=24 154 988kvarh3 总变电所位置及变压器容量和台数的选择3.1 总变电所的位置3.1.1 变电所位置选择的原则变电所位置的选择原则：应尽可能接近负荷中心，以降低配电系统的电能损耗、电压损耗和有色金属消耗量；考虑电源的进线方向，偏向电源侧；进出线方便；不应妨碍企业的发展，要考虑扩建的可能性；设备运输方便；尽量避开有腐蚀性的气体和污秽的地段，如无法避免，则应位于污源的上风侧；变电所屋外配电装置与其它建筑物、构筑物之间的防火间距符合
30、规定；变电所建筑物、变压器及屋外配电装置应与附近的冷却塔或喷水池之间的距离符合规定。3.1.2 负荷中心的确定负荷指示图负荷指示图是将电力负荷按一定比例用负荷圆的形式，表示在企业或车间的平面图上。各车间的负荷圆的圆心位于车间的负荷重心(负荷中心）。在负荷均匀分布的车间，负荷中心就是车间的中心，在负荷分布不均匀的车间内，负荷中心应偏向负荷集中的一侧。负荷圆的半径r，由车间的计算负荷推得： 式 （3.1）式中，K为负荷圆的比例（kW/）。负荷功率矩法确定负荷中心设有负荷,分布如图3.1所示。它们在任选的直角坐标系中的坐标分别为。现假设总负荷的负荷中心位于坐标处。则负荷中心的坐标为： 式 （3.2）
31、按负荷功率矩法确定负荷中心，只考虑了各负荷功率的位置，而未考虑各负荷的工作时间。 图3.1 按负荷功率矩法确定负荷中心总降压变电所位置的确定 根据所给条件由负荷功率矩法确定负荷中心，其坐标如图3.2所示： 图3.2 坐标图=1.2，=1.2，=1.7，=2.2，=0.7，=1.4，=2.1，=1.1,=1.8,=2.5,=1.8所以P=17.7。由式（3.2）可得： 考虑到当y=0时总变将装设在铁路上不合要求，所以取总变的坐标为（1.0，0.5）。3.2 变压器台数和容量的确定 3.2.1 总降压变电所主变压器台数和容量确定的原则变压器台数的确定1）应满足用电负荷对可靠性的要求。在一、二级负荷
32、的变电所中，选择两台主变压器，当在技术、经济上比较合理时，主变压器的选择也可以多于两台；2)对季节性负荷和昼夜负荷变化较大的宜采用经济运行方式的变电所，技术经济合理时可选择两台主变压器；3）三级负荷一般选择一台主变压器，负荷较大时，也可选择两台主变压器。变压器容量的确定装单台变压器时，其额定容量SN应能满足全部用电设备的计算负荷Sc，考虑负荷发展应留有一定的容量裕度，并考虑变压器的经济运行，即 SN(1.151.4)SC 式 （3.3）装有两台主变压器时，其中任意一台主变压器容量SN应同时满足下列两个条件：1)任意一台变压器单独运行时，应满足总计算负荷的60%70%的要求，即 SN=（0.60
33、.7）SC 式（3.4）2)任意一台变压器单独运行时，应能满足全部一、二级负荷SCI+II的需要，即 SNSCI+II 式（3.5）一般来讲，变压器容量和台数的确定是与变电所主接线方案一起确定的，在设计主接线方案时，也要考虑到用电单位对变压器台数和容量的要求。3.2.2 车间变电所变压器台数和容量确定的原则 车间变电所变压器台数和容量的确定原则和总降压变电所基本相同。即在保证电能质量的要求下，应尽量减少投资、运行费用和有色金属耗用量。车间变电所变压器台数的选择原则，对于二、三级负荷，变电所只装设一台变压器，其容量可根据计算负荷决定。可以考虑从其它车间的低压线路取得备用电源，这不仅在故障下可以对
34、重要的二级负荷供电，而且在负荷极不均匀的轻负荷时，也能使供电系统到达经济运行。对一、二级负荷较大的车间采用两回独立进线，设置两台变压器，其容量确定和总降压变电所相同。当负荷分散时，可设置两个各有一台变压器的变电所。车间变电所中，单台变压器容量不宜超过1 000kVA,现在我国已能生产一些断流量更大和短路稳定度更好的低压开关电器，因此，如果车间负荷容量较大、负荷集中且运行合理时，可选用单台容量为1 250（或1 600）2 000kVA的配电变压器。对装设在二层楼以上的干式变压器，其容量不宜大于630kVA。3.2.3 变压器台数和容量确定的结果根据以上原则，在本设计中总厂的容量为1 4340k
35、VA，所以选型号为SF716 000/35的变压器两台。采矿车间的总容量为4 740.87kVA，所以选型号为SL75 000/35的变压器两台。采矿车间380V上的容量为1 940.76kVA，所以选型号为SG32 000/6的变压器两台。机电修车间的容量为184.33kVA，所以选型号为S9160/10的变压器两台。高炉的容量为705.79 kVA，所以选型号为S9800/10的变压器两台。炼钢车间的容量为1 218.84 kVA，所以选型号为S91 250/10的变压器两台。轧钢车间的容量为5 787.55 kVA，所以选型号为S95 000/10的变压器两台。板材车间的容量为5 383
36、.26 kVA，所以选型号为S95 000/10的变压器两台。带材车间的容量为2 676.63 kVA，所以选型号为S92 500/10的变压器两台。表3.1 变压器的选择结果项目型号容量（kVA）UK%台数总厂SF716 000/3516 00082采矿车间SL75 000/355 00072采矿车间380VSG32 000/62 00062机电修车间S9160/1016042高炉S9800/108004.52炼钢车间S91 250/101 2504.52轧钢车间S95 000/105 00072板材车间S95 000/105 00072带材车间S92 500/102 500624 主接线的选择4.1 变电所的主接线4.1.1 变电所主接线的要求变电所的主接线是实现电能输送和分配的一种电气接线，在变电所主接线途中将导线或电缆、电力变压器、母线、各种开关、避雷器、电容器等电气设备有序的连接起来，只表示相对电气连接关系而不表示实际位置。通常以单线来表示三相系统。对变电所主接线主要有以下几个基本要求：安全 主接线的设
